| ||||||||||||||||||||
Przyszłość robotów - następna generacja urządzeń winna łączyć ergonomię z wszechstronną funkcjonalnościąObecnie coraz większa liczba operacji urologicznych jest wykonywana z wykorzystaniem robotów (da Vinci, Intuitive Surgical, USA). Na ten rozwój wpłynęło wprowadzenie i upowszechnienie wykonywania zabiegów radykalnej prostatektomii wspomaganej przez roboty [1]. Na podstawie danych otrzymanych z USA możemy szacować, że ponad 80% zabiegów radykalnej prostatektomii jest wykonywanych przy użyciu systemu robotów (The New York Time, 13.02.2010) i należy oczekiwać, że liczba ta będzie wzrastać. Tak więc, roboty zadomowiły się w urologii na dobre [2, 3]. Powinniśmy jednak zadać pytanie, czy dostępny obecnie system technologiczny spełnia wymagania chirurga urologa, który pracuje z wykorzystaniem technik minimalnie inwazyjnych. Roboty dzisiaj Dzisiejsza chirurgia i urologia z zastosowaniem robotów dzięki technicznym osiągnięciom przynosi duże korzyści. Szczególnie warto podkreślić większą swobodę poruszania się (DoF) wewnątrz ciała w porównaniu do konwencjonalnej laparoskopii, trójwymiarową wizualizację i kontrolę drżenia rąk chirurga. Oprócz tych dobrze znanych zalet istnieją jednak pewne ograniczenia techniczne. Dostępny dziś robot to system złożony i ciężki, co prowadzi do pewnych ograniczeń w jego eksploatacji (np. pozycjonowanie systemu, pole pracy asystenta). O ile jego zaletą jest mniej stresująca i wygodniejsza pozycja pracy chirurga, o tyle pozycja i praca asystenta znacznie się różnią. Ponadto, podgląd trójwymiarowy nie jest dostępny dla asystenta, dlatego też obecne nie najlepsze warunki pracy mogą, co zrozumiałe, negatywnie wpływać na jakość jego pracy. Obecnie, podczas operacji z wykorzystaniem robotów, interfejs komputerowy znajduje się między operatorem a pacjentem. Takie ustawienie nieuchronnie prowadzi do absolutnego braku dotykowych informacji zwrotnych. Jednak wyniki operacji wspomaganej przez roboty są przekonujące poprzez osiąganie co najmniej poziomu wyznaczonego przez chirurgię laparoskopową i otwartą [2, 3]. Można się spierać, czy ten brak informacji dotykowych ma istotny wpływ na efekt zabiegu i czy może być skompensowany wizualnie - wtedy rozwój technologiczny nie uzasadniałby korzyści [4]. Jednak wiele badań pokazuje, że istnienie sprzężenia zwrotnego zmniejsza zakres przypadkowych penetracji i podnosi jakość operacji [5]. Ponadto, zmniejszona może być zarówno różnica pomiędzy siłą przeciętną a maksymalną, jak i niepożądane uszkodzenia tkanek; co więcej, wizualnie trudno jest ocenić napięcie węzła chirurgicznego. Obecnie żaden z systemów robotów mających zastosowanie kliniczne nie zapewnia alternatywnej kontroli dotykowej. Tym samym nikt dzisiaj nie zna możliwych wad (np. błędów technicznych, przedłużonego czasu zabiegu), ale też i potencjalnych zalet tego technologicznego wyzwania, które znamy z operacji otwartych [7]. Wydaje się zatem rozsądne zastosowanie kontroli dotykowej, co najmniej do celów doświadczalnych w celu oceny korzyści. Przyszłość robotów Myśląc o przyszłych konstrukcjach robotów, jak również technicznych możliwościach operacji z ich wykorzystaniem, warto przeanalizować, jakie narzędzia są już wykorzystywane w istniejących systemach, a także rozważyć ich możliwy rozwój oraz ich możliwości w ułatwieniu pracy chirurga (tab. 1). To oczywiste, że lżejsza konstrukcja robota wyraźnie ułatwiłaby korzystanie z systemu i pracę asystenta(ów). W obecnej technologii podgląd trójwymiarowy wymaga od chirurga/urologa pracy w pozycji pochylonej. Wyświetlacz autostereoskopowy mógłby poprawić ergonomię pozycji pracy, ponieważ pozwalałoby to na pracę w swobodnej pozycji siedzącej. Mając na uwadze kształcenie można się spodziewać, że wprowadzenie telechirurgii i telementoringu będzie stanowiło istotny krok w kierunku poprawy i możliwości porównywania jakości operacji wykonywanych poza centrami robotycznymi. Ze względu na swoją budowę, istniejący system nie dostarcza żadnych zwrotnych informacji dotykowych. Jedyną informacją, jaką otrzymuje operator, jest obraz zmian tkanek obserwowany w obrazie trójwymiarowym. W operacji otwartej lub życiu codziennym nikt nie kwestionowałby znaczenia informacji płynących z bodźców dotykowych, nikt dobrowolnie z nich nie rezygnuje. Dlatego też, krótko mówiąc, pożądane są techniki, które pozwalają uzyskać informacje z wrażeń dotykowych.
W celu korygowania położenia trokaru bądź organów wewnętrznych konieczne są nie tylko podstawowe techniki sterowania (przywrócenie koordynacji ręka-oko), ale również zaawansowane technologie sterowania (robotyczna stabilizacja pozycji). Technologia ta otworzyłaby szerszy zakres wskazań (np. bijące serce). Byłby to krok w kierunku osiągnięcia celu, jakim jest większa wszechstronność, która obecnie podlega ograniczeniom ze względu na ugruntowaną na rynku technologię. Technologia przyszłości powinna także zapewniać otwarte interfejsy dla sprzężenia zwrotnego, informacje dotykowe, dodatkowy podgląd 3D, autostereoskopię lub obserwację optyczną. Dyskusja Leczenie operacyjne z wykorzystaniem robotów zakorzeniło się w urologii na dobre, zapewniając rezultaty na poziomie co najmniej porównywalnym z chirurgią laparoskopową [2, 3]. Z jednej strony, technika ta oferuje znaczne korzyści, takie jak trójwymiarowy obraz, więcej swobody wewnątrz ciała, filtrowanie drgań i zalety ergonomiczne (dla chirurga). Z drugiej strony, technika ta jest skomplikowana i kosztowna, a szerokie wykorzystanie istniejących technologii poza wspieraną przez roboty prostatektomią w urologii nie jest wyraźnie widoczne [8]. Przyczyną tej sytuacji są koszty oraz ograniczone wykorzystanie, szczególnie poza urologią. Tak więc, myśląc o robotach przyszłości, winniśmy określić wymagania krok po kroku. Dotykowe informacje zwrotne Brak informacji kinestetycznych jest być może częściowo kompensowany przez podgląd trójwymiarowy i powiększenie [4]. Jednak z pewnością otrzymywanie informacji dotykowych implikuje wnioskowanie, do jakiego przywykliśmy podczas operacji otwartej. Z technicznego punktu widzenia musimy dokonać rozróżnienia pomiędzy kinestetycznym sprzężeniem zwrotnym (zwrotne informacje dotykowe) a reakcją na dotyk (np. jakość powierzchni, faktura tkanki, pulsacje w tkance wskazujące na obecność naczyń krwionośnych). Z jednej strony, informacje kinestetyczne mogą już teraz być przekazywane operatorowi w zależności od konstrukcji manipulatora (patrz poniżej). Z drugiej strony, mimo że różne próby zozostały już podjęte [9], trudno jest przekazać wrażenia dotykowe, gdyż wymaga to technologii, takiej jak stymulacja elektryczna lub oscylacje, tak aby wyświetlić odczucie kontaktu i faktury powierzchni. Nawet w przyszłości tej technice trudno będzie osiągnąć odpowiednią proporcję nakładu kosztów do osiąganych korzyści. System MiroSurge (German Aerospace Center, Institute of Robotics and Mechatronics w Oberpfaffenhofen) uzyskał kinestetyczne sprzężenie zwrotne poprzez użycie opracowanych wewnętrznie czujników siły / momentu obrotowego (ryc. 1, ryc. 2 po lewej) [10]. Korzystając z tej technologii można uzyskać kinestetyczne informacje zwrotne w zakresie podstawowym (poszerzenie, np. z wykorzystaniem na ekranie kolorowych wektorów siły; ryc. 3) lub zaawansowanym (bezpośrednie informacje dotykowe przekazywane zwrotnie do urządzenia wejściowego; ryc. 1). Technika ta zapewnia minimalne opóźnienie. Wizualizacja trójwymiarowa Jeśli informacje kinestetyczne są dostępne (jak wiemy częściowo z konwencjonalnej laparoskopii), prawdopodobnie wystarczające mogą się okazać techniki prostsze i tańsze niż podgląd trójwymiarowy. Co więcej, techniki takie jak autostereoskopia pozwalają chirurgowi na pracę w jeszcze bardziej ergonomicznej i wygodniejszej pozycji (fotel zamiast relatywnego unieruchomienia w pozycji ciągłego pochylenia), porównywalnej do stanowiska pracy pilota. Dodatkowo urządzenia, które trzeba na siebie zakładać, takie jak okulary 3D, wyświetlacze umieszczane na głowie lub urządzenia w formie kaptura, są powszechnie niepopularne, szczególnie kiedy trzeba ich używać przez wiele godzin. Dlatego też uznaniem mogą cieszyć się wyświetlacze autostereoskopowe funkcjonujące bez dodatkowego oprzyrządowania. Ponadto, w przypadku korzystania z wyświetlacza autostereoskopowego, operator może oglądać również całą salę operacyjną i bezpośrednio rozmawiać z personelem.
Konstrukcja i zaawansowana automatyka Oczywiście lżejsza konstrukcja manipulatorów znacznie ułatwiłaby
użytkowanie. Lekka konstrukcja w połączeniu z elastycznością (ryc. 4)
ułatwiłyby obsługę robota umożliwiającego, po ustawieniu pozycji,
nieograniczoną swobodę działania manipulatorów. Z tego względu
trokary mogłyby być umieszczane dowolnie, bez ograniczenia przez
położenie manipulatora. Wszechstronność obecnie funkcjonującej technologii wszechstronność jest wyraźnie ograniczona. Technologia robotów w przyszłości powinna zatem zapewniać otwarte interfejsy, np. dla dotykowych informacji zwrotnych, dodatkowy podgląd trójwymiarowy lub autostereoskopowy, zaawansowaną automatykę, monitoring optyczny i planowanie. Pozwoliłoby to na szersze stosowanie tej techniki nie tylko w laparoskopii, ale również w otwartych operacjach, endoskopii, nawigacji i telechirurgii. Ponadto, opcjonalne częściowe wykorzystanie elementów systemu pozwoliłoby na znaczne obniżenie ceny. Gdyby wszystkie te usprawnienia techniczne stały się dostępne, w najbliższej przyszłości systemy robotów można byłoby dostosowywać do indywidualnych wymagań klientów. Jeśli na przykład chirurg decydowałby się na wykonanie biopsji nerki za pomocą manipulatora, mógłby skorzystać tylko z jednego endoskopowego ramienia systemu, bez trójwymiarowego podglądu czy kontroli dotykowej. Jeśli natomiast zdecydowałby się na użycie robota przy zabiegu otwartym, wykorzystałby odpowiednio dostosowaną konfigurację. Zwiększyłoby to zakres wykorzystania tej technologii w innych specjalnościach, a jednocześnie mogłoby zmniejszyć koszty. Podsumowanie Zapewne w niedalekiej przyszłości roboty będą bardziej wszechstronne, a przez to będą dużo większym wsparciem dla laparoskopii, endoskopii, a także dla chirurgii otwartej. Konfiguracja systemu będzie elastyczna i uniwersalna. Z tego powodu komponenty systemu będą wykorzystywane w wielu dyscyplinach, a dostosowanie poziomu cenowego przyspieszy proces rozpowszechniania robotów nie tylko w krajach uprzemysłowionych. Thomas Frede Georg Passig Tekst ukazał się na łamach „European Urology Today”, Vol. 22, No.5, October/November 2010. Tłumaczenie: Ela Ziółkowska Piśmiennictwo
1 Singh I, Hemal AK. Robotic-assisted radical prostatectomy in 2010. Expert Rev Anticancer Ther. 2010; 10(5): 671-82 2 Patel VR, Coelho RF, Chauhan S, Orvieto MA, Palmer KJ, Rocco B, Sivaraman A, Couglin G. Continence, potency and oncological outcomes after robotic-assisted radical prostatectomy: early trifecta results of a high-volume surgeon. BJU Int. 2010; 106(5): 696-702 3 Frota R, Turna B, Barros R, Gill I. Comparison of radical prostatectomy techniques: open, laparoscopic and robotic assisted. Int Braz J Urol 2008; 34(3): 259-68 4 Byrn J, Schluender S, Divino C, Conrad J, Gurland B, Shlasko E, Szold A. Three- dimensional imaging improves surgical performance for both novice and experienced operators using the da Vinci Robot System. Am Surg 2007; 193: 519-22 5 Wagner C, Howe R. Mechanisms of performance enhancement with force feedback. In: Proceedings of the 1st joint EuroHaptics Conference and Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems (WHC), pages 21-29, Pisa, Italy, March 2005. DOI: 10.1109/WHC.2005.88 6 Wagner C, Stylopoulos N, Jackson P, Howe R. The benefit of force feedback in surgery: Examination of blunt dissection. Presence 2007; 16(3):252-62 7 Van der Meijden O, Schijven M. The value of haptic feedback in conventional and robot-assisted minimal invasive surgery and virtual reality training. A current review.Surg Endosc 2009; 23: 1180-90 8 Bolenz C, Gupta A, Hotze T, Ho R, Cadeddu J, Roehrborn C, Lotan Y. Cost comparison of robotic, laparoscopic, and open radical prostatectomy for prostate cancer. Eur Urol 2010; 57(3): 453-8 9 Kuebler B, Gruber R, Joppek C, Port J, Passig G, Nagel J, Hirzinger G. Tactile Feedback for Artery Detection in Minimally Invasive Robotic Surgery - Preliminary Results of a New Approach. In: Olaf Dössel and Wolfgang C. Schlegel (Eds.): IFMBE Proceedings of the 11th International Congress of the IUPESM, World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2009, Munich, Germany, volume 25/VI, pp. 299-302, Springer, 2009. DOI: 10.1007/978-3-642-03906-5_82 10 Hagn U, Konietschke R, Tobergte A, Nickl M, Jörg S, Kuebler B, Passig G, Gröger M, Fröhlich F, Seibold U, Le-Tien L, Albu-Schäffer A, Nothelfer A, Hacker F, Grebenstein M, Hirzinger G. DLR MiroSurge - A Versatile System for Research in Endoscopic Telesurgery. Int J CARS 2010; 5(2): 183-93. |
||||||||||||||||||||
